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TopConsultingMEASUREMENTSYSTEMSANALYSIS测量系统分析TopConsulting课程目的目的：为评定测量系统的质量提供指南。说明：1主要用于工业界的测量系统；2不打算作为所有测量系统分析的汇编；3主要关注的是对每个零件能重复读数的测量系统；4对更复杂或不常见的情况在此没有讨论；5测量系统分析方法需要顾客批准，本手册没有覆盖。TopConsultingMSA与ISO/TS16949：2002ISO/TS16949：20027.6.1测量系统分析为分析各种测量和试验设备系统测量结果存在的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划提出的测量系统。所用的分析方法及接收准则，必须与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准，也可以采用其它分析方法和接收准则。TopConsulting主要内容1测量系统术语介绍2统计学知识补充3测量系统研究的准备4计量型测量系统评价5计数型测量系统评价TopConsultingChapter1测量系统术语介绍测量：赋值（或数）给具体物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置；包括通过/不通过装置。TopConsulting术语介绍测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。测量和试验设备（M＆TE）完成一次测量所必需的所有测量仪器，测量标准，基准材料以及辅助设备。TopConsulting术语介绍参考值参考值也称为可被接受的参考值或基准值。它是一个人工制品值或总效果值用作约定的比较基准值。该参考值基于下列各值而定：由较高级（如计量实验室或全尺寸检验设备）的测量设备得到的几个测量平均值确定。法定值：由法律定义和强制执行。TopConsulting术语介绍真值真值是零件的“实际”测量值，虽然这个值是不知道的，并且是不可能的（经济地）接近这个值。遗憾的是，真值的确从没能被知道。在所有的分析中，参考值被用作真值的近似值。因为参考值被用作真值的替代值，所以这些标准术语常常互换使用，不过不推荐这种用法。真值的总结√物品的实际值√未知的和不可知的TopConsulting术语介绍分辨力分辨力是仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量。它也可以称为可读性或分辨率。典型地，此能力的度量是看仪器的最小刻度值。如果仪器刻度“粗”，那么就可以使用它的半刻度。TopConsulting术语介绍分辨力（续）1：10经验法则测量仪器分辨力的第一准则应该至少是被测量范围的十分之一。传统上：此范围就是产品公差范；最近：此范围指过程变差，即10比1规则被解释为测量设备能够分辨至少十分之一的过程变差。这符合持续改进的原理。（即过程的焦点是顾客指定的目标值）。TopConsulting术语介绍分辨力（续）如果该分辨力不能探测过程变差，其用于分析过程是不可接受的；并且如果它不能探测特殊原因的变差，则其不能用于控制。分辨力不足的情况可能会在控制图中表现出来，参见图表TopConsulting术语介绍分辨力（续）TopConsulting术语介绍X/R控制图分辨率=0.0010。1450。1400。135样本均值子组0515202510UCL=0.1444Mean=0.137LCL=0.13500.020.010.00样本极差R=0.00812ULC=0.01717LCL=0TopConsulting术语介绍X/R控制图分辨率=0.010。1450。1400。135样本均值子组0515202510UCL=0.1438Mean=0.1397LCL=0.13590.020.010.00样本极差R=0.0068ULC=0.01438LCL=0TopConsulting术语介绍分辨力（续）上述两控制图取自同样的数据，不同之处就是一个分辨力是0.001,另一个是0.01,但控制图显示的结果却是不同,一个受控,一个失控,为什么?失控的原因是分辨力不足.TopConsulting术语介绍偏倚是对同样的零件的同样特性，真值（基准值）和观测到的测量平均值的差值。TopConsulting术语介绍稳定性（或漂移）是测量系统在某一阶段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。换句话说，稳定性是偏倚随时间的变化。TopConsulting术语介绍线性在设备的预期操作（测量）范围内偏倚的不同被称为线性。线性可以被认为是关于偏倚大小的变化。线性的总结√整个正常操作范围的偏倚改变√整个操作范围的多个并且独立的偏倚误差的相互关系√测量系统的系统误差分量TopConsulting术语介绍TopConsulting术语介绍重复性√由一位评价人多次使用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量变差√在固定和规定的测量条件下连续（短期）试验变差√通常指E.V.－设备变差√仪器（量具）的能力或潜能√系统内变差TopConsulting术语介绍再现性√由不同的评价人使用同一个量具，测量一个零件的一个特性时产生的测量平均值的变差√对于产品和过程条件，可能是评价人、环境（时间）或方法的误差√通常指A.V－评价人变差√系统间（条件）变差TopConsulting术语介绍GRR或量具R﹠R√量具重复性和再现性：测量系统重复性和再现性合成的评估，换句话说，GRR等于系统内部和系统之间的方差的总和。σGRR²=σ再现性²+σ重复性²TopConsultingChapter2统计学知识补充总体、个体、样本研究对象的全体称为总体构成总体的每个成员称为个体统计学的主要任务就是：（1）研究总体是什么分布？（2）这个总体的均值、方差是多少？从总体中抽取部分个体所组成的集合称为样本，样本的个体称为样品，样品的个数称为样本容量,用n表示TopConsulting统计学知识补充均值：用来表示分布的中心位置，通常用X或μ来表示,计算公式:方差：用来表示分布的散布大小，通常用D(X)或σ2来表示,方差大意味着分布较宽较分散,方差小意味着分布较窄较集中TopConsulting统计学知识补充样本均值：x=(∑xi)/n样本均值处于样本的中间位置，它可以反映总体分布的均值。样本方差：s2=∑(xi-x)2/(n-1)样本标准差：sTopConsulting统计学知识补充峰态分析•正态分布的概率：只要知道平均值和标准差就可以确定分布。•正态分配的性质1.分布形态对称于横坐标上平均点上的垂直线。2.正态分配曲线左右两尾逐渐接近于横坐标轴，但不于横坐标相交。3.曲线下横轴上的面积等于1，其概率分布如下图。TopConsulting统计学知识补充正态概率的分布μμ＋2σμ+1σμ＋3σμ-1σμ-2σμ-3σ0.340.340.1350.1350.02350.0235P（μ-1σ＜X＜μ+1σ）=0.6827P（μ-2σ＜X＜μ+2σ）=0.9545P（μ-3σ＜X＜μ+3σ）=0.9973能做到3σ就可以了。P（μ-6σ＜X＜μ+6σ）=0.9999966TopConsulting测量系统评定的两个阶段阶段1：了解测量过程，以及该过程是否满足要求？阶段2：测量过程随时间的推移是否满足要求？TopConsulting选择/制定试验程序当选择或制定一个评定方法时，应考虑的问题：试验中是否应使用可溯源的标准？应考虑使用盲测法以免受霍桑效应的干扰；试验成本；试验所需要的时间；是否由这个测量系统取得的测量结果要与另外一个测量系统的到的测量结果对比？第2阶段试验应每隔多久进行一次？TopConsulting测量系统研究的准备1)先计划要使用的方法。2）评价人的数量、样品数量及重复读数次数。考虑：(a)尺寸的关键性；(b)零件结构。3)评价人的选择应从日常操作该仪器的人中挑选；4)样品的选择对正确的分析至关重要；5）仪器的分辨力至少直接读取特性的预期变差的1/106）遵守规定的测量程序。TopConsulting应注意的问题为最大限度地减少误导结果的可能性，应采取下列步骤：1)测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。评价人不应知道哪个被编号的零件正在被检查，以避免可能的认识偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查那一零件，并相应记下数据，即评价人A，零件1，第一次试验；评价人B，零件4，第二次试验等。TopConsulting应注意的问题2)在设备读数中，测量值应记录到仪器分辨率的实际限度。机械装置必须读取和记录到最小的刻度单位。对于电子读数测量计划必须为记录所显示的最右有效数位建立一个通用的原则。3)研究工作应由了解进行可靠研究的重要性的人员进行管理和观察。TopConsulting应注意的问题当制定第１阶段或第２阶段试验计划时，有几方面因素需要考虑：●评价人对测量过程有何影响？若有可能，平时使用该测量装置的评价人应该包括在本研究中。●评价人对测量设备的校准是否可能是引起变差的一个显著原因？若是，评价人应该在获取每组读数之前重新对设备进行校准。●要求有多少样品和重复的读数？所要求的零件的数量将取决于被测特性的重要性以及测量系统变差估计中所要求的置信水平。TopConsulting结果分析应该对结果进行评价，以确定该测量装置就其预期的应用是否可接受。一个测量系统在任何附加的分析生效之前应该是稳定的。TopConsulting位置误差接受准则—位置误差位置误差通常是通过分析偏倚和线性来确定。一般地，一个测量系统的偏倚或线性的误差若是与零误差差别较明显或是超出量具校准程序确立的最大允许误差，那么它是不可接受的。在这种情况下，应对测量系统重新进行校准或偏差校正以尽可能地减少该误差。TopConsulting宽度误差接受准则—宽度误差测量系统变异性是否令人满意的准则取决于被测量系统变差所掩盖掉的生产制造过程变异性的百分比或零件公差的百分比。对特定的测量系统最终的接受准则取决于测量系统的环境和目的，而且应该取得顾客的同意。对于以分析过程为目的的测量系统，通常单凭经验来确定测量系统的可接受性的规则如下：TopConsulting宽度误差误差低于10%—通常认为测量系统是可接受的。误差在10%到30%之间—基于应用的重要性、测量装置的成本、维修的成本等方面的考虑，可能是可接受的。超过30%—认为是不可接受的—应该作出各种努力来改进测量系统。此外，过程能被测量系统区分开的分级数（ndc）应该大于或等于5。测量系统的最终可接受性不应该单纯由一组指数来决定。测量系统的长期表现也应该利用长性能的图形分析得到评审。TopConsultingChapter4计量型测量系统评价本章介绍了一些试验程序的详细例子。程序适用于当：只研究两个因素，或者称为测量条件（如评价人和零件）加上所研究的测量系统重复性。每个零件内的变异性的影响可以忽略不存在统计上的评价人和零件之间的交互作用在研究中零件的尺寸不发生变化可以进行试验统计设计和/或用相关专业知识来判断这些程序是否适用于任何特定的测量系统。TopConsulting确定稳定性的指南进行研究1)取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不可获得，选择一个落在产品测量中程数的生产零件，指定其为稳定性分析的标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个已知基准值。具备预期测量的最低值，最高值和中程数的标准样本是较理想的。建议对每个标准样本分别做测量与控制图。TopConsulting确定稳定性的指南2)定期（天，周）测量标准样本3~5次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。因素可以包括重新校准的频次、要求的修理、测量系统的使用频率、作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其它